[发明专利]一种自治遥控水下机器人水下管道检测跟踪系统及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及水下机器人检测领域，具体涉及一种自治遥控水下机器人（Autonomous Remotely-operated Vehicle，简称ARV）水下管道检测跟踪方法及装置。 

背景技术

海洋是人类生存和社会可持续发展的新领域，海洋的开发与通过已成为决定国家兴衰的基本因素之一。据有关资料介绍，自我国正式开采海洋石油、天然气以来，如今已在海底铺设了数十条、几千公里长的输油、输气管道。由于海底管道长期在高压力下承受海水腐蚀，以及材料质量、疲劳、地壳变动、锚链拖曳等原因，世界上已发生多起海底管道破损，石油、天然气外泄事故，造成了巨大的经济损失和对海洋的严重污染。近几年来，世界工业发达国家相继开展了通过缆控水下机器人 (Remotely operated Vehicle，简称ROV)对海底管道外部进行检查的研究工作，少数国家已开始通过无缆自治水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle，简称AUV)对海底管道进行自动跟踪的方法研究。

通过ROV进行水下管道跟踪由于受限于脐带缆长度原因，只能在较小的范围内作业，在水下环境复杂时，又容易发生电缆缠绕、断裂而导致潜水器丢失。对于较长管道的检测需要反复多次回收ROV并移动水面母船，同时如何稳定沿着管道跟踪检测完全取决于作业者的熟练程度。而对于AUV 的水下管道检测跟踪来说, 它不像ROV 那样有脐带电缆的限制，可在水下较大范围内工作，工作时间长，对支持母船要求低。缺点是由于水声通信限制，无法实现实时图像传输，AUV完全依赖于其自主能力，水面母船无法实时监测具体的水下环境，对于复杂的水下作业情况存在不安全性，容易发生AUV丢失等情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自治遥控水下机器人水下管道检测跟踪系统及检测方法，该ARV系统及其检测方法兼顾了无缆自治水下机器人AUV和缆控水下机器人ROV的特点，从而使自治遥控水下机器人实现完成实时图像传输，水面母船能够实时监测具体的水下环境，确保复杂的水下作业情况的安全性，完成水下管道的检测跟踪任务。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种自治遥控水下机器人水下管道检测跟踪系统，其中，包含：下位机和上位机，上述的下位机设置在水面下的水下机器人上，上述的上位机设置在水面母船上，该下位机与该上位机通过光纤相连接；上述的下位机包含：传感器模块、光视觉模块、嵌入式控制器及水下光端机；上述的上位机包含：水上光端机、水面监控模块及手操器；上述的传感器模块、上述的光视觉模块分别与上述的嵌入式控制器的信号输入端相连接，该嵌入式控制器的信号输出端与上述的水下光端机信号输入端相连接；上述的手操器与上述的水面监控模块电路连接，该水面监控模块与上述的水上光端机电路连接；上述的水下光端机与上述的水上光端机通过光纤相连接，通过串口通信实现数据传输。

一种自治遥控水下机器人水下管道检测跟踪系统，其中，上述的光视觉模块包含：光学成像传感器、云台及辅助照明灯；上述的光学成像传感器、上述的辅助照明灯分别设置在上述的云台上。该光学成像传感器的信号输出端与上述的嵌入式控制器的信号输入端相连接。

一种自治遥控水下机器人水下管道检测跟踪系统，其中，上述的传感器模块包含：深度传感器、速度传感器、姿态传感器、声纳传感器、电池监控传感器及推进器监控传感器；上述的深度传感器的信号输出端、速度传感器的信号输出端、姿态传感器的信号输出端、声纳传感器的信号输出端、电池监控传感器的信号输出端及推进器监控传感器的信号输出端分别与上述的嵌入式控制器的信号输入端相连接。 

一种自治遥控水下机器人水下管道检测跟踪系统，其中，上述的水面监控模块包含：主处理器、图像采集卡、可编程逻辑控制器、以太网交换机、水面监控面板及CAN总线通讯模块；上述的主处理器分别与上述的图像采集卡、上述的CAN总线通讯模块电路连接，该主处理器与上述的以太网交换机电路连接；该以太网交换机与上述的可编程逻辑控制器电路连接；该以太网交换机通过上述的的水上光端机与上述的下位机电路连接；该可编程逻辑控制器与上述的手操器通过上述的水面监控面板电路连接。

一种自治遥控水下机器人水下管道检测跟踪方法，该方法包含如下几个步骤：

步骤1，手操器设置在手动操作模式下，将自治遥控水下机器人引导到水下管道起始点的上方。